[实用新型]一种磁性机器人驱动装置

说明书

本实用新型公开了一种磁性机器人驱动装置，包括驱动装置本体单元，驱动装置本体单元包括多个电磁模块和一个永磁模块，每个电磁模块包括通电后产生磁场的电磁线圈和用于支撑电磁线圈的第一支架组件，多个电磁模块产生复合磁场，永磁模块包括在复合磁场作用下运动后产生驱动磁场的球形永磁体、用于提供气流的鼓风机以及用于支撑球形永磁体并将气流引导至球形永磁体的下方以驱动球形永磁体悬浮的第二支架组件。本实用新型采用气悬浮的方式实现永磁体位置的束缚和与电磁线圈的隔离，极大减少永磁体在运动时受到的摩擦力，从而使其具有更高的响应性和更快的速度，解决当前微尺度机器人在低雷诺数下转动速度慢的问题。

技术领域

本实用新型属于机器人驱动控制技术领域，尤其属于微尺度磁性机器人驱动装置技术领域。

背景技术

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

利用磁场可以实现微尺度磁性机器人的运动调控，目前能通过产生特定磁场来控制微尺度磁性机器人运动行为的驱动装置一般由永磁体、电磁线圈(如亥姆霍兹线圈)或者两者的结合体组成。基于永磁体的微尺度磁性机器人驱动装置往往是借助永磁体产生强大的磁场，并在电机的拖动和旋转来实现机器人周围磁场的调控，进而改变机器人姿态和运动行为；基于电磁线圈的微尺度磁性机器人驱动装置一般由多个通电螺旋管按照一定的几何配置组装而成，通过往每个电磁线圈中通入特定的电压信号，产生可控的外部磁场；基于两者联合的复合式微尺度磁性机器人驱动装置则同时包含了电磁线圈和永磁体两部分，其中，电磁线圈产生较弱的激励磁场，在激励磁场的作用下，其内部的永磁体受到明显的作用力而产生转动行为，因此通过调整激励磁场的极化方向即可间接调控整个外部磁场的分布。

体现磁性机器人驱动装置的性能包括：1.施加给磁性机器人的转矩或者拖曳力，要求驱动装置产生的外部磁场具有较大的磁场强度和梯度以产生足够的转矩或者拖曳力，才能实现磁性机器人的高效运动控制；2.磁场变化速率；实现微尺度机器人在体内环境中的逆血流运动，需要满足借助于机器人的快速运动，而对于微尺度磁性机器人而言，磁性机器人驱动装置产生的磁场的变化速率(如旋转磁场的频率)决定了其运动速度；3.具有足够大的工作空间；微尺度磁性机器人尺寸虽然很小，但其运动范围往往很大，如在模拟人体内靶向给药的过程中，需要微尺度机器人穿越各种宏观的组织间隙(如血管、体腔等)。

目前国内磁性微机器人相关驱控装置的设计方案采取以下要点：

1.基于永磁体阵列的微尺度磁性机器人的驱动装置，一般使用步进电机旋转永磁体或者永磁体阵列的方式实现，该类磁场可以产生较大的磁场或者磁梯度场(100mT)；但是，基于永磁体的微尺度磁性机器人的驱动装置依赖于永磁体和致动装置的物理连接，磁场方向无法灵活改变，并且受制于机械设备的固有属性，该类型装置难以实现周围磁场的快速改变，所提供的旋转磁场往往在50赫兹以下，难以实现微尺度磁性机器人的高速运动；

2.利用多层嵌套式电磁线圈组装成亥姆霍兹线圈，在其内部实现小范围的均匀磁场，并通过改变线圈绕组两端的电压信号，实现可控磁场的生成；但是，现有基于电磁线圈的驱动装置存在所产生磁场弱(一般为几毫特到十几毫特)、工作空间小、发热量大的问题，难以满足磁性较弱的机器人运动行为的高效控制；